STOCKAGE DE L'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE

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Le stockage mécanique de l’électricité

Le stockage mécanique de l’électricité est aujourd’hui principalement réalisé grâce à trois technologies différentes qui utilisent l’énergie potentielle (stockage hydraulique), l’énergie cinétique (volants d’inertie) et la compression.

Les stations de transfert d’énergie par pompage

Centrale hydraulique « réversible », la station de transfert d’énergie par pompage ou STEP consiste à faire circuler de l’eau entre deux réservoirs, naturels (cours d’eau, mer ou océan) ou artificiels (lacs de barrage), proches mais situés à des altitudes différentes. La quantité d’énergie stockée est proportionnelle à la quantité d’eau contenue dans le réservoir le plus haut et au dénivelé entre ces deux réserves d’eau. C’est de loin la solution la plus utilisée (environ 96 p. 100 de la capacité mondiale de stockage) car elle permet de stocker mécaniquement sous forme d’énergie potentielle de grandes quantités d’énergie électrique lors de périodes de surproduction.

Principe de fonctionnement d’une station de transfert d’énergie par pompage

Dessin : Principe de fonctionnement d’une station de transfert d’énergie par pompage

Ouvrage produisant de l'électricité et pouvant la stocker, la station de transfert d'énergie par pompage ou STEP nécessite la construction de deux retenues d'eau situées à des altitudes différentes et l'utilisation de groupes turbine-alternateur réversibles : en mode électropompe (en... 

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Les STEP sont équipées de groupes hydroélectriques réversibles, dits « synchrones » : en phase de stockage d’énergie, ils fonctionnent comme un ensemble pompe-moteur, consommant de l’électricité pour pomper l’eau du bassin inférieur vers le bassin supérieur ; en phase de restitution d’énergie, ils fonctionnent en mode « turbine-alternateur », produisant ainsi de l’électricité lors du transfert de l’eau vers le réservoir le plus bas.

Utilisée depuis la fin du xixe siècle, ce type de stockage, dit hydraulique, repose sur une technologie mature, de grande durée de vie (ouvrages en béton) et flexible car elle répond quasiment en temps réel (le délai étant le temps d’ouverture des vannes) à de fortes demandes de puissance du réseau électrique. Bien que l’investissement pour construire ces ouvrages de grande ampleur soit très important, la grande quantité d’énergie qu’ils peuvent accumuler et surtout leur durée de vie (supérieure à quarante ans) en font aujourd’hui l’option de stockage la moins coûteuse (en euros par kWh et par cycle de charge/décharge). Leur développement est cependant limité par de fortes contraintes géographiques et écologiques. On dénombre quelque 250 STEP réparties dans le monde (permettant de stocker plus de 160 GW) et les projets de construction d’ici 2040 ne représentent qu’environ 30 GW de puissance supplémentaire.

Les volants d’inertie

Les volants d’inertie (représentant près de 1 p. 100 de la capacité mondiale de stockage stationnaire) convertissent l’énergie électrique excédentaire sous forme cinétique par l’intermédiaire d’une masse (un cylindre en général) en rotation autour d’un axe, dans une enceinte sous vide pour limiter les pertes d’énergie par frottement. L’énergie cinétique de rotation du cylindre est ensuite reconvertie en énergie électrique. C’est une technologie très ancienne, utilisée par exemple dans les machines à vapeur pour en lisser le mouvement. Elle permet de délivrer de fortes puissances avec un temps de mise en route très court (quelques secondes) et avec une très longue durée de vie. Les inconvénients majeurs de ce dispositif expliquent sa faible contribution au stockage électrique : une densité d’énergie massique limitée (de l’ordre de 5 à 10 Wh/kg) ; une forte autodécharge par frottement, d’où une faible efficacité énergétique qui ne permet qu’un court temps de stockage ; une quantité limitée d’énergie stockée comparée aux STEP.

L’usage des volants d’inertie a été un temps envisagé dans le domaine des transports. Ainsi, des Gyrobus, développés par une société suisse et ayant roulé dans les années 1950, étaient équipés d’un moteur électrique alimenté par un grand volant d’inertie en acier qui se rechargeait aux arrêts des lignes de bus. Mais les problèmes de sécurité en ont considérablement limité l’usage dans ce domaine. Le volant d’inertie rencontre toutefois un certain succès en formule 1 avec l’introduction du système de récupération d’énergie cinétique (SREC ou KERS en anglais pour Kinetic Energy Recovery System) qui permet de stocker l’énergie récupérée au freinage pour donner une puissance supplémentaire aux voitures lors d’un dépassement. Le groupe Volvo a proposé, dans le milieu des années 2010, l’utilisation d’un volant d’inertie pour alimenter un moteur électrique en complément du moteur thermique (modèle S60 FlyBrid) mais il n’a pas rencontré le succès escompté.

Les volants d’inertie sont par ailleurs u [...]

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Capacités et types de stockage de l’électricité dans le monde pour les applications stationnaires

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Principe de fonctionnement d’une station de transfert d’énergie par pompage

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Représentation schématique d’un accumulateur et ses caractéristiques

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Différentes technologies de batteries

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Écrit par :

  • : professeur de chimie, enseignant-chercheur, université de Picardie Jules-Verne, Amiens
  • : ingénieur de recherche CNRS, directeur du Laboratoire de réactivité et de chimie des solides, université de Picardie Jules-Verne, Amiens
  • : professeur en sciences des matériaux à l'université Toulouse-III-Paul-Sabatier, membre de l'Académie des Sciences

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Pour citer l’article

Dominique LARCHER, Mathieu MORCRETTE, Patrice SIMON, « STOCKAGE DE L'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 09 mai 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/stockage-de-l-energie-electrique/